Прокладка труб способом горизонтального бурения

Процесс бурения и прокладки звеньев трубопровода в скважину мо­жет быть раздельным и совмещенным. При раздельном методе вначале бу­рят скважину, а затем, после извлечения из нее бурового инструмента, про­таскивают трубопровод. При совмещенном методе одновременно с продви­жением бурового инструмента прокладывают трубу.

Для прокладки трубопроводов способом горизонтального бурения применяют бурильно-шнековую установку типа ДМ-1 с механическим приводом, способную в глинистых грунтах создавать горизонтальные сква­жины диаметром до 325 мм и длиной до 40 м. Для прокладки трубопрово­дов большого диаметра используют эксцентрично-сверлильные установки с цикличным удалением грунта типа «Запорожье», оснащенные набором сменного оборудования для прокладки труб диаметром 325 - 377, 426 - 630 и 820 - 1420 мм путем их последовательного наращивания в скважине зве­ньями длиной по 6 м при скорости проходки 6 - 12 м в смену.

Более производительными и распространенными являются унифи­цированные шнековые установки горизонтального бурения (УГБ или ГБ), в которых совмещаются процессы бурения, прокладки труб с непре­рывным удалением грунта из забоя (рис. 6.33, а). С помощью установок УГБ и ГБ можно прокладывать трубопроводы в грунтах до IV группы диа­метром 325 - 1420 мм протяженностью 40 - 60 м при скорости бурения от 1,5 - 1,8 до 12,7 – 19 м/ч.

Процесс бурения скважины и прокладки трубопровода с помощью установок УГБ и ГБ следующий. В ходе прокладки непрерывное механиче­ское бурение скважины осуществляют фрезерной головкой, а удаление раз­рыхленного грунта - винтовым конвейером. На рис. 6.33, б показана уста­новка УГБ, смонтированная на базе трактора Т-100М.

Бестраншейную прокладку трубопроводов большого диаметра гори­зонтальным бурением осуществляют еще путем расширения пионерной скважины. Вначале установками УГБ или ГБ разрабатывают пио­нерную

Рис. 6.33 – Бестраншейная прокладка труб способом горизонтального бурения установками типа УГБ и ГБ (а), УГБ на тракторе (б) и ПМ-800-1400 (в)

1 – режущая головка, 2 – упорный якорь, 3 – полиспаст, 4 – шнек, 5 – рама, 6 - лебедка, 7 – карданный вал, 8 – двигатель внутреннего сгорания, 9 – вал привода шнека, 10 – хомуты, 11 – прокладываемая труба, 12 – кран-трубоукладчик, 13 – тяговое устройство на тракторе, 14 – сварочный генератор, 15 – коробка отбора мощности, 16 – опорная плита, 17 – люнет, 18 – рабочий орган, 19 – совок, 20 – обойма блока, 21 – опорная стенка, 22 – направляющая рама, 23 – захват, 24 – лебедка подачи, 25 – разгрузочно-тяговое устройство, 26 – емкость, 27 – разгрузочный обратный клапан

скважину с одновременной прокладкой в ней трубы-лидера. Затем обратным ходом установки с помощью расширителя, установленного на конце шнека, пионерную скважину разбуривают под трубу большого диаме­тра. При обратном ходе труба-лидер выталкивается из скважины проклады­ваемым трубопроводом большого диаметра. Аналогичным способом выполняются работы по прокладке футляра методом наклонного бурения.

На рис. 6.33, в показана машина ПМ-800-1400, предназначенная для прокладки труб диаметром 830, 920, 1020, 1120, 1220, 1320 и 1420 мм в любых грунтовых условиях, кроме плывунов и скальных пород. Установка может прокладывать трубы на длину до 120 м при средней производитель­ности до 15 м/смену. Грунт в процессе продвижения трубы извлекают из нее с помощью совка, который после загрузки вытягивают из трубы с помо­щью специальных устройств, разгружают либо в приямок, либо в емкость. Машину обслуживает бригада из 4 человек.

Способом горизонтального бурения можно проходить выработки для бестраншейной прокладки трубопроводов практически любых диаметров с относительно меньшими усилиями, чем при проколе или продавливании. Имеются также некоторые возможности увеличения ее производительности за счет совершенствования процесса резания. Однако существенным недо­статком при этом остается необходимость удаления из пробуренной скважи­ны грунта. Поэтому сейчас разрабатывается новая технология проходки го­ризонтальных выработок без удаления грунта способом бурения и раскатки. Проходку выработок этим способом выполняют с помощью специальных грунтораскатывающих установок с режущей рабочей головкой, оборудован­ной ножами пропеллерного типа. Разработанный грунт шнеком подается в затрубное пространство, образованное раскатывающим устройством (рис. 6.34). Трубопровод при этом подается так же, как и при проколе, с переда­чей усилия от нажимной плиты на трубопровод, на переднем конце которо­го смонтирован рабочий орган, режущий, раскатывающий и укладывающий грунт в затрубное пространство.

Одним из эффективных способов бестраншейной прокладки трубо­проводов с предварительным устройством горизонтальной скважины явля­ется применение пневматических пробойников. С помощью пневмопробойников типа «Крот» можно устраивать в грунте скважины с уплотненными стенками диаметром 63...400 мм и длиной до 40...50 м, в которых прокла­дывают трубопроводы. Пневмопробойник представляет собой самодвижу­щуюся в грунте пневматическую машину ударного действия. Его корпус яв­ляется рабочим органом, образующим скважину, а ударник, размещенный в корпусе, совершает под действием сжатого воздуха возвратно-поступатель­ные движения и наносит удары по переднему торцу корпуса, забивая его в грунт. Обратному перемещению корпуса препятствуют силы трения его о грунт. Благодаря осевой симметрии и значительной длине (1,4 - 1,7 м) пневмопробойник при движении в грунте сохраняет заданное направление.

Рис. 6.34 – Горизонтальное бурение выработки под трубопровод грунтораскатывающей установкой

1 – пропеллерный нож, 2 –вал, 3 – шнек, 4 – футляр, 5 – раскатывающее устройство, 7 – устройство вторичного раскатывания, 8 – редуктор, 9 - двигатель

Для прохождения скважины пневмопробойник запускают в грунт из входного приямка в направлении приемного (рис. 6.35). В процессе движе­ния он своим коническим передним концом уплотняет грунт, раздвигает его в сторону и образует скважину. Для восприятия реактивных усилий в мо­мент запуска пневмопробойника из входного приямка и для увеличения точ­ности проходки применяют специальные стартовые устройства, а для уменьшения искривления скважины в сложных условиях и при значительной длине проходки к пневмопробойнику крепят насадку-удлинитель. При обеспечении точного его запуска отклонение скважины от проектного поло­жения на длине 20 м не превышает 0,2 - 0,3 м по вертикали и по горизонта­ли. Минимальная глубина заложения скважины зависит от ее диаметра и ко­леблется от 0,5 до 2,5 м.

Для прокладки стальных труб с помощью пневмопробойников их ис­пользуют в качестве ударного узла, присоединенного к заднему торцу и за­бивающего ее в грунт (рис. 6.36, а). На переднем конце трубы крепят конус­ный наконечник. При этом возможны два варианта технологии работ:

Рис. 6.35 – Схема производства работ при пробивке скважин пневмопробойником

а, б – нацеливание и запуск пневмопробойника, в – установка удлинителя, г - пробивка скважины, д – установка расширителя, е – готовая скважина

1 – приемный приямок, 2 – вешки, 3 – шнур, 4 – отвес, 5 – входной приямок, 6 – стартовое устройство, 7 – линейка с уровнем, 8 – пневмопробойник, 9 – компрессор, 10 – шланг, 11 – расширитель, 12 – удлинитель, 13 - заглушка

забив­ка трубы в грунт и забивка ее в лидирующую скважину (в устойчивых гли­нистых грунтах). По мере забивки трубы сваривают с обязательным уси­лением стыков продольными накладками (рис. 6.36, б). При этом особое внимание обращают на соосность соединяемых труб. С помощью пневмопробойника можно также заменять старые трубы подземной прокладки но­выми того же или большего диаметра (рис. 6.36, в). Для этого первую сек­цию нового трубопровода присоединяют к удаляемому (в случаях разных их диаметров - с помощью конического переходника), а старую трубу по мере выхода в приемный приямок обрезают и удаляют. Пневмопробойником можно также извлекать из грунта стальные трубы диаметром до 800 мм.

При извлечении труб из грунта пневмопробойник используют в качестве ударного механизма, прикрепленного к переднему торцу трубы (рис. 6.36, г).

Важным вопросом, независимо от применяемого способа бестран­шейной прокладки трубопровода, является обеспечение и проверка задан­ного положения трубопровода в процессе его прокладки. Для обеспечения необходимого направления прокладываемой трубы используют вертикаль­ные и горизонтальные направляющие рамы, устанавливаемые на дне рабо­чего котлована. Направляющие рамы изготавливают из деревянных брусь­ев, шпал и рельсов или профилированного проката (уголков и т.д.). Горизон­тальную направляющую раму устанавливают от опорной рамы домкратов до приямка, предназначенного для сварки и изоляции стыков прокладывае­мых труб. Направляющие рельсы или уголки рам тщательно центрируют и выверяют в плане и вертикальной плоскости (по заданному уклону) с помо­щью точных геодезических приборов.

При использовании пневмопробойников благодаря их осевой симме­трии и значительной длине (1,4 - 1,7 м) в основном сохраняется при движе­нии в грунте заданное направление. При этом точность проходки скважины зависит от двух факторов: точности ориентирования пневмопробойников при запуске и прямолинейности его движения в грунте. Для увеличения точности ориентирования запуск пневмопробойника должен производиться с помощью точно выверенного и отцентрированного стартового устройства. Прямолинейность движения его в грунте обеспечивается, как отмечалось, за счет осевой симметрии и значительной длины корпуса пневмопробойни­ка. Однако она также зависит от однородности грунта, глубины заложения скважин, наличия твердых включений, пустот, мерзлого грунта. Для умень­шения искривлений скважины в сложных грунтовых

Рис. 6.36 – Схема прокола стальной трубы (футляра) с помощью пневмопробойника

1 – приемный приямок, 2 – вешки, 3 – шнур, 4 – входной приямок, 5 – отвес, 6 - головная секция забиваемой трубы, 7 – линейка с уровнем, 8 – насадка, 9 - пневмопробойник, 10 – прокладка, 11 – секция труб, 12 – оголовок, 13 – шланг, 14 – компрессор, 15 – сварочный агрегат, 16 – извлекаяемая труба, 17 – переходная втулка, 18 – приспособление для извлечения труб

условиях и при их зна­чительной длине к пневмопробойникам прикрепляют специальные насадки-удлинители. При обеспечении точности запуска пневмопробойника откло­нение скважин от заданного положения на длине 20 м, как правило, не пре­вышает 0,2 - 0,3 м по вертикали и 0,05 - 0,1 м по горизонтали.